Was sind Werkstoffe?
Sind Materialien mit technisch nutzbaren Eigenschaften. Werkstoffe haben bei der Anwendung meist einen festen Aggregatzustand. Auch Flüssigkeiten und Gase mit technisch verwertbaren Eigenschaften werden zu den Werkstoffen gezählt.
Nennen Sie die drei wesentlichen Werkstoffgruppen und Beispiele?
Metalle: Nickel, Aluminium, Edelstahl, Eisen Polymere: Baumwolle, Holz, Kunststoff Nichtmetallisch-anorganische Werkstoffe: Glas, Keramik
Was sind Verbundwerkstoffe?
Als Verbundwerkstoffe werden Werkstoffe bezeichnet, die aus zwei oder mehr Materialien bestehen und dabei einen neuen Werkstoff bilden mit eigenen technischen Eigenschaften bilden.
Welche Arten von Verbundwerkstoffe gibt es und nenne Beispiele?
Metalle und Nichtmetallischanorganische Werkstoffe: Stahlbeton Polymere und Nichtmetallischanorganische Werkstoffe: Glas, Keramik Polymere und Metalle: Reifen
Was sind Werkstoffeigenschaften?
Jeder Werkstoff besitzt individuelle Eigenschaften. So lassen sich die Eigenschaften in Kategorien sammeln, welche wiederum in Oberkategorien zusammengefasst werden. Physikalische Eigenschaften: Thermisch, Elektrisch, Magnetisch, Elastisch, Optisch Mechanische Eigenschaften: Festigkeit,Zähigkeit,Härte Technologischen Eigenschaften: Gießbarkeit, Umformbarkeit, Fügbarkeit, Zerspanbarkeit Gebrauch Eigenschaften: Korrosionsbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit, Sicherheit Wirtschaftlichkeit: Materialkosten, Verfügbarkeit, Lieferzeit
Nenne die Vor- und Nachteile von Metalle.
Vorteile: Hohe Zähigkeit, Hohe Elastizitätsmodule, Hohe Festigkeiten Nachteile: Z. T. hohe Dichte, Z. T. anfällig gegen Korrosion, Schlechte Dämpfungseigenschaften
Nenne die Vor- und Nachteile der Polymere.
Vorteile: Geringe Dichte, geringe Elastizitätsmodule, relativ gute Korrosionsbeständigkeit Nachteile: Geringe Festigkeiten, geringe Warmfestigkeiten, geringe Bauteilsteifigkeiten.
Nenne die Vor- und Nachteile von Keramik.
Vorteil: Hohe Verschleißfestigkeit, hohe Warmfestigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit Nachteile: Geringe Zähigkeit (hohe Sprödigkeit), probleme bei der Fertigung, Nachbearbeitung, Prüfbarkeit, thermische Wechselbeständigkeit, Fügen
Nenne die Vor- und Nachteile von Verbundwerkstoffe.
Vorteile: Hohe Festigkeiten, hohe Steifigkeiten, geringes spezifisches Gewicht Nachteile: Relativ geringe Zähigkeit, i. d. R. Anisotropie der Werkstoffeigenschaften, hohe Fertigungskosten bei großen und komplizierten Teilen.
Was ist eine Ashby-Map?
Ein Ashby-Diagramm stellt zwei oder mehrere Eigenschaften von Werkstoffen und ihren Gruppen dar.
Sind Sand und Bauxit Werkstoffe
Sand ist ein natürlich vorkommendes , unverfestigtest Sediment, dass sich aus Mineralkörnern zusammensetzt. Bauxit ist ein Aluminium-Erz.
Wie wird die Festigkeit gemessen?
Festigkeit wird in Beanspruchungsgrößen gemessen.
Was entsteht aus äußeren Belastungen im Bauteilquerschnitt?
Aus außeren Belastungen entstehen innere Beanspruchungen im Bauteilquerschnitt. Belastung: f in N Querschnittfläche: A in mm² Beanspruchung: σ in N/mm² bzw. MPa
Wie werden Beanspruchungen noch bezeichnet?
Beanspruchungen werden auch als "Spannungen" bezeichnet, hier z.B. "Zugspannung" (σ)
Was passiert bei der Schubbelastung?
Schubbelastung führt zu Verzerrungen des Bauteils. Bauteil verzerrt sich unter Schubbelastung. In den Randflächen A herrschen Schubspannungen
Nenne mir die Werkstoffe Werte bzw E-modul von Eisen, Kupfer, Fensterglas, Blei, Polyäthylen und Gummi.
Werkstoff: Elastizitätsmodul: Eisen 210 000 MPa Kupfer 110 000 MPa Fensterglas 70 000 MPa Blei 18 000 MPa Polyäthylen 2 000 MPa Gummi 100 MPa
Was kann man im Zugversuch ermitteln?
Statische Festigkeitswerte, sie gehören zu den wichtigsten Werkstoffkennwerte.
Was ist die Festigkeit?
Die Festigkeit ist die Widerstandsfähigkeit gegen Verformung bzw Bruch.
Was ist Steifigkeit?
Ist der Widerstand gegen elastische Verformung.
Was ist Duktilität/Zähigkeit und Sprödigkeit?
Ist das Verformungsvermögen bis zum Bruch. Die Duktilität eines Werkstoffs ist um so höher, je größer der Wert der bis zum Bruch auftretende Bruchdehnung A ist. Ein Werkstoff gilt als Spröde, wenn er nahe der Elastizitätsgrenze bricht.
Spaltbruch
verformungsarmer Bruch, senkrecht zur Beanspruchung (Vergütungsstahl)
Bruchbilder
Brucharten
Lassen Rückschlüsse auf Festigkeit und Verformung zu. Brucharten: Ist die Probe zerschlagen, kann man diese zusätzlich auf die Bruchart untersuchen um somit Rückschlüsse auf die Zähigkeit zu erhalten. Man unterscheidet zwischen: VerformungsbruchMischbruchund TrennbruchBei einem Verformungsbruch sieht die Bruchfläche sehnig aus und es liegt ein zäher Werkstoff vor. Bei einem Trennbruch verläuft die Trennbruchfläche durch die Spaltebenen innerhalb der Kristalle (Erinnerung = transkristallin) und hat daher einen körniges glitzerndes Aussehen. Dies schließt auf einen spröden Werkstoff. Ein Mischbruch erfüllt beide zuvor genannten Erscheinungen.
Wie können Werkstofffestigkeiten noch ermittelt werden?
Werkstofffestigkeiten für andere Beanspruchungsarten wie Druck, Biegung, oder Torsion werden mit eigenen Prüfmaschinen ermittelt oder aus dem Zugversuch ermittelt.
Was ist die Kerbschlagzähigkeit und wovon ist sie abhängig?
Festigkeits- und Verformungsverhalten von Werkstoffen zusätzlich abhängig u. a. von Bauteilform, Beanspruchungsgeschwindigkeit und Temperatur. Der Kerbschlagbiegeversuch ist ein Werkstoffprüfverfahren, dass die Zähigkeit metallischer und polymerer Werkstoffen untersucht. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, erhält man Rückschlüsse auf die Versprödungsneigung eines Werkstoffs bei niedrigen Temperaturen. Auslöser für die Versprödung sind Temperaturversprödung bei sehr niedrigen Temperaturen,Spannungsversprödung infolge gleichsinniger, mehrachsiger Beanspruchungen,Geschwindigkeitsversprödung infolge hoher Verformungsgeschwindigkeiten
Kaltzähigkeit
Temperaturabhängige Zähigkeit Bei allen ferritisch-perlitischen Stählen, also kubisch raumzentrierten Werkstoffen, findet bei Temperaturabsenkung ein Übergang vom Verformungsbruch zum Sprödbruch statt, d. h. es findet ein Übergang vom zähen zum spröden Werkstoffverhalten statt. Der Begriff Kaltzähigkeit beschreibt eine zu erreichende Zähigkeit von Konstruktionswerkstoffen bei tiefen Temperaturen.
Oberflächenhärte
Der Widerstand einer Werkstoffoberfläche gegen das Eindringen eines Körpers wird als Härte bezeichnet. Aus der Oberflächenhärte kann die Zugfestigkeit eines Werkstoffs abgeleitet werden. Je nach Prüfkörper (Kugel, Pyramide, Kegel) werden verschiedene Härteprüfverfahren unterschieden. ♦ Hohe Härten werden bevorzugt mit dem Rockwell-Verfahren, niedrige Härten mit den Vickers- bzw. Brinell-Verfahren gemessen.
Wie lautet das Hookesche Gesetz?s
Das Hookesche Gesetz beschreibt das elastische Verhalten von Festkörpern, deren elastische Verformung proportional zur einwirkenden Belastung ist. Dieses Verhalten ist z.B. typisch für Metalle bei kleinen Belastungen sowie für harte, spröde Stoffe oft bis zum Bruch (Glas, Keramisch, Silizium) σ = E*ε
Was sind Elektronen?
(Struktur der Elektronenhülle)
Elektronen sind nicht nur "Teilchen" - Experimente zeigen auch den Charackter von Wellen z.B. bei Beugung. - Wellencharakter erklärt auch die Heisenbergesche Unschärferelation bei der Beschreibung der Bahnposition der Elektronen - Die Elektronen sind nur stochastisch in einer Elektronenwolke zu beschreiben. -Elektronenwolken sind dreidimensional schwingende Systeme stehender Wellen. -Beschreibung (,,Bauplan") der Elektronenwolken ist mit der Schrödinger-Gleichung möglich. Aus der Lösung folgen die 3 Quantenzahlen n, I, m. -Die durch die Quantenzahlen charakterisierten Zustände heißen Atomorbitale.
Atomorbitale (Struktur der Elektronenhülle)
Jedes Orbital kann maximal mit 2 Elektronen besetz werden Orbitale werden von unten mit Elektronen besetzt, Abweichung ab Kalium (Z=19) Die Anzahl der Elektronen auf dem höchsten Energieniveau (Schale) bestimmt maßgeblich Elementeneigenschaften wie Leitfähigkeit, Optik, Bindungsverhalten, Reaktionsvermögen, Festigkeit etc.
Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle
Metalle: Hohe elektrische Leitfähigkeit, nimmt bei steigender Temperatur ab, gute Wärmeleitfähigkeit, Plastizität und Festigkeit Halbmetalle: Kein eindeutiger Metall- oder Nichtmetallcharackter, Elektrische Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu. Nichtmetalle: Elektrische Isolatoren, bei Raumtemperatur oft gasförmig oder flüssig
Was versteht man unter dem Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen?
Unter den Welle-Teilchen-Dualismus von Elektronen versteht man, dass Elektronen nicht nur Teilchen sind, sondern auch den Charackter von Wellen tragen, z.B. bei Beugung.
Was ist ein Atom-Orbital?
Ein Atomorbital ist ein quantenmechanische Modelle von Atomen, die die räumlichen Wellenfunktionen eines einzelnen Elektrons in einem quantenmechanischen Zustand.
Erkläre den Aufbau des Periodensystems
Das Periodensystem stellt systematisch die chemischen Elemente dar. Es gibt 8 Hauptgruppen und 8 Nebengruppen. Grundsätzlich sind die Elemente in Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle geordnet. 112 Elemenete sind dargestellt, wovon jedes einzelnes Element eigene Eigenschaften aufweist. Ordnungszahl/Kernladungszahl= gibt die Anzahl der Protonen und Elektronen an P-Zahl+N-Zahl= Massenzahl Perioden 8 Hauptgruppe (Zeilen)=Schalenanzahl Hauptgruppennummer (Spaltennr.)=Anzahl der Valenzelektronenzahl
Interatomare Bindungen
-Atome treten unter Normalbedingungen immer "gebunden" nie als einatomige Substanzen auf. -Der Zusammenhalt von gleich- oder verschiedenartige Atome geschieht über interatomare Bindungen. -Interatomare Bindungen entstehen durch Wechselwirkungen zwischen den Valenzelektronen der beteiligten Atome.
Ursachen für Primärbindungen
Die beteiligten Atome streben immer die Edelgaskonfiguration als energetisch günstigen Zustand an. Bindungsenergie > 100 kJ/Mol
Ursache für Sekundärbindungen
Die Bindung reslutiert aus elektrostatischen Anziehungskräften zwischen Atomen bzw. Molekülen mit sog. Ladungsschwerpunkten. Bindungsenergie ca. 20 kJ/Mol
Wie ist Materie aufgebaut?
Materie (Werkstoff) besteht aus chemischen Elementen, den Atomen. Verschiedene Atome haben auch verschiedene Eigenschaften. Die Atom-Eigenschaften bestimmen maßgeblich die Werkstoffeigenschaften. Atome selber bestehen aus Elementarteilchen, diese wiederum aus Quarks. Werden Atome in ihre Bausteine aufgelöst, verlieren sich die Werkstoffeigenschaften. Auf 1cm3=1023 Teilchen
Atomaufbau
Atome sind nachweisbare Teilchen mit einer räumlichen Ausdehnung. Atome bestehen aus den drei Elementarteilchen Elektronen. Patronen, Protonen und Neutronen, die sich in der Masse und der elektrischen Ladung unterscheiden. Protonen und Neutronen (Nukleonen) bilden den Kern. Elektronen sind in der Hülle verteilt. Die Elektronenhülle ist ausschlaggebend für das chemische Verhalten der Atome. Die chemischen Elemente unterscheiden sich durch die Protonenzahl. Kernladungszahl = Ordnungszahl P-Zahl+N-Zahl = Massenzahl [Atommasse]=1,6606*10^-27 kg Atom ø = 10^-10 m Atomkern ø= 10^-14
Periodensystem der Elemente
1. HG: Alkalimetalle, nur 1 Elektronen auf der äußersten Schale.2. HG: Erdalkalimetalle, nur 2 Elektronen auf der äußersten Schale.• Geben Elektronen durch Reaktion leicht ab6. HG: Chalkogene, äußerste Schale mit 6 Elektronen stark besetzt.7. HG: Halogene, äußerste Schale mit 7 Elektronen fast vollständig besetzt.• Nehmen Elektronen durch Reaktion leicht auf 8. HG: Edelgase, äußerste Schale vollständig besetzt• Sehr reaktionsträge ♦ Übergangsmetalle: Alle Nebengruppenelemente mit den Lanthanoiden (Seltene Erden) Actinoiden (alle radioaktiv)
Beschreibe den Verlauf des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes
Zunächst linear ansteigend - diesen Bereich nennt man die "Hooksche Gerade" - geht die Kurve danach in eine Wellenbewegung über (gilt nicht für alle Werkstoff). Diese Wellenbewegung ist die Fließzone, in welcher der Werkstoff über seinen elastischen Bereich hinaus beansprucht wird. Anschließend steigt die Spannung stark an, fällt aber ebenso stark wieder ab. Schließlich geht das Diagramm in eine Gerade über, wenn die Probe gerissen ist.
Streckgrenze Re
Die Streckgrenze Re: Dieser Bereich ist vor allem für statische Konstruktionen interessant. Reduziert durch einen Sicherheitsfaktor, gibt Re darüber Aufschluss, wie stark ein Bauteil belastet werden kann, bevor es beginnt sich plastisch zu verformen. Bis zu Streckgrenze hin ist die Dehnung bzw. die Verformung des Werkstücks elastisch und somit reversibel.
Zugfestigkeit Rm
Die Zugfestigkeit Rm gibt an, welche Spannung auf den Werkstoff aufgebracht werden muss, bis er getrennt werden kann. Dieser Wert ist in der Produktion sehr wichtig, wenn beispielsweise Stanzen und zu stanzenden Werkstücke aufeinander abgestimmt werden sollen.
Wofür wird das Spannungs-Dehnungs-Diagramm benötigt?
Aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm kann die elastische und plastische Verformungsgrenze, sowie die maximale Zugstärke (Festigkeitsgrenze) und Bruchgrenze abgelesen werden. So kann herausgefunden werden, wie viel Kraft ein Werkstoff (in Bezug auf den Querschnitt) aufnehmen kann, ohne dass es zu dauerhaften Verformungen kommt.
In Welchen Bereichen wird das Spannungs-Dehnungs-Diagramm unterteilt?
Im Spannungs-Dehnungs-Diagramm unterteilt man die Bereiche in einen linear-elastischen Bereich, Dehnung verläuft proportional zur Spannung und ist reversibel;einen nichtlinear-elastischen Bereich, Dehnung verläuft nicht proportional zur Spannung, ist aber reversibel;einen plastischen Bereich, Dehnung ist nicht reversibel und Verformung bleibt auch nach Entlastung bestehen.
Beschreibe den Elastischen Bereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
Innerhalb des elastischen Bereiches verschwindet die Verformung wieder vollständig, wenn die Spannung nicht mehr wirkt. Ist die Belastung nicht groß genug, damit Atomwanderungen hervorgerufen werden, so bleibt es bei einer elastischen Verfomung. Der elastische Bereich kann aufgegliedert werden in einen linear-elastischen Bereich und in einen nichtlinear-elastischen Bereich. Der linear-elastische Bereich reicht bis zur Proportionalitätsgrenze. Das bedeutet die Spannung ist proportional zur Dehnung (Proportionalbereich, „Hookesche Gerade“). Berechnen kann man die Verformung unter einer Last mit dem Hookschen Gesetz. Der nichtlinear-elastische Bereich reicht bis zur Streckgrenze. Der lineare Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung ist nicht mehr gegeben. Es findet zwar immer noch die elastische Verformung statt, jedoch findet unter der steigenden Krafteinwirkung eine stärkere Dehnung statt. Die Dehnung ist also größer als die zunehmende Spannung.
Beschreibe den Plastischen Bereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramm
Innerhalb dieses Bereiches ist die Dehnung nicht reversibel, d.h. das Bauteil findet nicht in seine ursprüngliche Form zurück. Die Verformung die entstanden ist, ist zum Teil elastisch und somit reversibel, nur ein bestimmter Teil ist plastisch und bleibt dauerhaft bestehen. Im Extremfall kann es auch zum Bruch des Bauteils kommen, wenn die Belastung zu groß ist. Grundsätzlich kann man die folgenden Bereiche innerhalb des plastischen Bereichs unterscheiden: Plastischer Bereich Fließbereich Materialverfestigung Einschnürung
